某軟土地區深基坑支護設計與施工及管理

倪忠偉 沈蘭冠

1 工程概況

滬杭高鐵南站綜合樞紐地下室深基坑位于嘉興市南湖區余新鎮境內?；幽蟼瓤拷F路站房一側為車站進站高架橋,橋梁的一側樁基礎位于高架橋內,該側因支護不當出現較大位移或沉降,將嚴重影響站房及高架橋的安全。站房已先行施工過半,站房基底高于待開挖基坑底4 m。其余三面較為空曠。

地基主要為雜填土、粘土和淤泥質土,雜填土組成復雜,粘土強度高、壓縮性較小,滲透性能好,淤泥質土強度低,壓縮性高。

基坑開挖尺寸為320 m×146 m×8.3 m。

2 基坑支護設計

2.1 基坑北側、東側和西側范圍

北東西三側,均為空地,設計采用了放坡支護。施工速度快,造價低。北東二側基坑邊緣15 m外范圍內為施工便道和施工單位的鋼筋加工、制作區,因此對邊坡的整體穩定性要求高,故在坡面上打設兩排三軸攪拌樁穩定坡腳,同時在淤泥層較厚的范圍打設錨桿土釘。西側淤泥層埋設較深,上部粘土層較厚,坑底均位于粉質粉土層上,力學性質較好,但滲水系數大,故該坡面范圍內不打設土釘,打設一排三軸攪拌樁止水,坑內設自流井降水。

2.2 基坑南側

南側臨近站房和高架橋,離站房最近處3.4 m,同時一半的高架橋樁基位于坑內,沒有放坡空間,設計對可能采用的幾種支護形式從技術和經濟上進行了分析。

大孔徑鉆孔灌注樁結合支撐方案。這種形式的支護在實際施工過程中應用比較廣泛,但對該工程而言,由于支護體占地面積較大,且需要在圍護體與主體結構之間留出一定的施工空間,圍護體將與高架橋基礎產生沖突,因而本工程的現場條件不允許采用這一方案。

地下連續墻結合支撐方案。本方案地下連續墻“二墻合一”,即地下連續墻基作為圍護結構,同時也作為地下室的室外墻。采用這一圍護結構,使基坑面積最小,相應的土方開挖量最小,同時采用地下連續墻作為止水帷幕,其止水效果也是比較理想的。

最為重要的是,采用這一圍護形式,較好地解決了地下室施工和站房、高架橋施工的相互沖突問題,由于本工程工期相當緊張,站房、高架橋、地下室必須同時施工,加之施工單位不同,因此在同一范圍之內施工面相互沖突的局面經常發生,嚴重影響工程施工,采用地下連續墻方案,減少了放坡面積和開挖量,在有限的空間之內盡可能地解決了施工沖突問題。

經過設計單位對地下連續墻的整體穩定性、墻底抗隆起、抗管涌、抗傾覆等驗算,最終確定采用0.8 m厚,20 m深的地下連續墻作為基坑擋土結構兼防滲帷幕,同時作為地下室的南側外墻。為有效控制基坑的變形,采用三軸攪拌樁對被動區土體進行了加固,同時設計還采用了斜向鋼管支撐結構確保安全。

2.3 基坑降水措施和監測

為防止地面水進入基坑,在基坑四周設置了地面排水溝,將地面水引入臨近下水道,同時局部采用了自流深井降水措施。自流井示意圖見圖1。

對邊坡穩定進行全過程監測實行動態管理和信息化施工,及時獲取基坑開挖過程中圍護結構及周圍土體的受力和變形情況,掌握基坑開挖對周圍環境的影響,以有效指導施工,及時調整施工措施,確保周圍道路、建筑物和在建工程的安全,特別是保證南側同時施工的高鐵站房和高架橋的安全。

3 基坑支護施工中出現的問題及對策

圍護樁在雜填土段成孔過程中,出水量大,地面嚴重下沉,在此期間,東側人行道最大累計監測沉降量約為40 mm,大部分路段的路面錯裂。究其原因主要是:西側雜填土最厚,且其成分主要由建筑及生活垃圾組成,挖孔樁一抽水,雜填土中的部分物質在水力作用下被地下水帶走,導致部分孔樁出現流泥,流砂現象,這就造成本來就不密實的雜填土有足夠的下陷空間。針對該問題,在距基坑邊3 m以外補充設置一排口徑130 mm,水平間距3.0 m的回灌井,打設深度入淤泥層2.0 m處,常壓24 h回灌,經過一周后的沉降觀測,該側路面回彈量超過5 mm,此后地面沉降變形趨于穩定。

在基坑西側,基坑開挖不到3 m深度時,邊坡就出現了塌方現象,同時基坑底部管涌現象非常嚴重,一度導致開挖工作無法順利進行。針對這一情況,施工單位采取了井點降水的措施,在西側邊坡范圍外開挖深井,采用抽水的方式進行降水,經過將近一個禮拜工作,降水措施取得了明顯成效,管涌現象基本消除,塌方得到遏制,開挖工作得以順利進行。

土方開挖順序的確定。根據本基坑內撐系統對稱受力的特點,制定了基坑土方對稱開挖的方案。本基坑土方總共計約33萬m3,分9個區域,以對角線為對稱軸,同時對稱開挖兩個區域,分兩層開挖到底,這樣可避免因被動區不對稱卸荷而導致受力狀態改變的工況存在。分層開挖、錨固的邊坡及底板施工現場情況見圖2。

基坑周邊共設置12個水平位移監測點,32個沉降監測點,最大地面累計沉降102 mm,最大水平累計位移13 mm,最終趨于穩定。因此本基坑支護最終取得成功。

4 結語

1)三面空曠地帶采用放坡開挖,臨近站房和高架橋的南側采用地下連續墻支撐方案,設計比較經濟合理。

2)對施工中出現的流泥、流沙及管涌現象采取的井點降水措施合理。

3)邊坡穩定進行了監測,做到了信息化施工。

[1]陳忠漢.深基坑工程[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支護設計規范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[4]聶 淼,鄭玉元.貴陽某深基坑土釘支護設計研究[J].山西建筑,2009,35(3):124-125.